TD Neurobiologie Libération des Neurotransmetteurs 6 decembre 2004 Lynda El Hassar

Libération des Neurotransmetteurs Différents types de Synapses Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose Diffusion du NT libéré dans la fente synaptique La liberation des NT est de nature probabiliste Pharmacologie de la libération des NT

Le neurone La synapse Arborisation Dendritique Epines Dendritique Soma Axone Neurone postsynaptique

Type de cellules connecteés par des synapses chimiques Interneuronal synapses and neuromuscular junction. Example of synapses between a motoneuron (Golgi type I neuron that innervates striated muscle fibres) and a Renshaw cell (a Golgi type II neuron in the spinal cord) and between a motoneuron and a striated muscle cell.

Types des synapses Parts (a)-(d) from Bodian D (1972) Neuronal junctions: a revolutionary decade, Anat. Rec, 174, 73-82, with permission. Drawing (e) from Steiger U (1967) Uber den Feinbau des Neuropils im Corpus pedunculatum des Waldaneise, Z. Zelforsch. 81, 511-536, with permission.  

Surfaces dendritiques Synapses symétriques et asymétriques type 1 (asymmetric) type 2 (symmetric) Epines dendritiques Ou Dendrites distales Surfaces dendritiques Ou Soma Synapses Excitatrices Synapses Inhibitrices Gray 1959.  

Différent types de synapses inter neuronales Synapses between terminal boutons and a smooth dendritic branch Terminal boutons forming Axo-somatique synapses Synapse between an axon terminal and a terminal axon collateral synapses between terminal boutons and a dendritic spine From Hamlyn LH (1972) The fine structure of the mossy fiber endings in the hippocampus of the rabbit , J. Anat. 96, 112-120, with permission.

Une synapse en Microscopie Electronique Electron photomicrographs of transverse sections at the level of synaptic complexes. Left: A figure of exocytosis (long arrow) between two dense presynaptic projections. A coated vesicle (crossed arrow) characteristic of the recycling of the membrane is also seen (inhibitory synapse afferent to the Mauthner cell in the fish). Right: Postsynaptic localization of the glycine receptors, visualized with gold particles associated to a specific monoclonal antibody (single arrow). These are lined up at distance from the membrane; this space originates mainly from the aggregation of the antibodies used to label indirectly the receptors (inhibitory synapse afferent to a motoneuron in the spinal cord of the rat). Part (b, left) from Triller A, Korn H (1985) Activity-dependent deformations of pre-synaptic grids at central synapses. J. Neurocytol. 14, 177-192, with permission. Part (b, right) from Triller A, Cluzeaud F, Pfeiffer F, Korn H (1986) Distribution and transmembrane organization of glycine receptor at central synapses: an immunocytochemical touch. In Levi-Montalcini R et al. (eds) Molecular Aspects of Neurobiology, Berlin: Spinger Verlag, with permission.

Liberation des NT: Etapes 2,3 et 4 Schematic of the synaptic transmission Liberation des NT: Etapes 2,3 et 4

Libération des Neurotransmetteurs Différents types de Synapses Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose Diffusion du NT libéré dans la fente synaptique La liberation des NT est de nature probabiliste Pharmacologie de la libération des NT

Terminaison presynaptique et zones actives

Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Mesure de la réponse postsynaptique qu ’il évoque Mesure de la capacitance en technique de patch clamp

Liberation des Neurotransmetteurs Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose

Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Origine de l’augmantation de la [CA2+]i : Milieu extracellulaire RE Origine de l’ouverture des canaux Ca2+ presynaptiques: Depolarisation de la membrane presynaptique Canaux Ca2+ sensibles au voltage : N et P/Q-types

Le Canal Ca2+ voltage dependant Caterall WA (1994) Auxiliary subunits of voltage-gated ion channels , Neuron 12, 1183-1194, with permission Campbell KP, Harpold MM et al. (2000) Nomenclature of voltage-gated calcium channels, Neuron 25, 533-535, with permission.

L’augmentation de la [Ca2+]i dans la terminaison présynaptique est localisée en microdomaine Technique : Fura2 Stimulation presynaptique 0.5 s à 80 Hz Localisation dans les zones actives

Liberation des Neurotransmetteurs Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose

Cycle vésiculaire et leur Fusion induite par l’entrée de Ca2+

Complexe vSNARE-tSNARE Fusion Docking

Machinerie de la libération

Liberation des Neurotransmetteurs Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose

Fusion et exocytose du NT

Liberation des Neurotransmetteurs Différents types de Synapses Chimiques Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose Diffusion du NT libéré dans la fente synaptique La liberation des NT est de nature probabiliste Pharmacologie de la libération des NT

L’extrusion du Ca2+par l’élément presynaptique

Libération des Neurotransmetteurs Différents types de Synapses Chimiques Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose Diffusion du NT libéré dans la fente synaptique La liberation des NT est de nature probabiliste Pharmacologie de la libération des NT

Probabilistic nature of Neurotransmitter release Korn H (1988), M é d . Sci 8, 476 - 483 m = n. P. q

Libération des Neurotransmetteurs Différents types de Synapses Chimiques Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca2+]i induite par un pA presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca2+ Etape 3 : Exocytose Diffusion du NT libéré dans la fente synaptique La liberation des NT est de nature probabiliste Pharmacologie de la libération des NT

Pharmacologie de libération des NT Tous les bloquants des canaux K+ potentialisent la liberation des NT : TEA, (tetramethyamonium) DAP (3,4 Aminopyridine ) 1 mM Adapted from Katz B, Miledi R (1979) Estimates of quantal content during chemical potentialization of transmitter release, Proc. R. Soc. Lond. B 205, 369-378, with permission.

Pharmacologie de libération des NT Toxine Botulique Organisme clostridium Botulinum Proteine Neurotoxine Chaine lourde 100 KD Chaine légère : 50 KDA Bloque la transmission synaptique Comment ?

Pharmacologie de libération des NT L’entrée du Ca2+ est maintenue même en présence de la toxine botulique

Pharmacologie de libération des NT Prification des vesicules du cortex cerebral chez le rat Incubation de la toxine avec les vésicules induit une altération des bandes d’électrophorèse des protéines suivantes: VAMP/Synaptobrevin Syntaxin SNAP 25

Recapitulatif pA presynaptique Ouverture cnx Ca2+ Sensible au voltage Augmentation locale De [Ca2+]i Vesicules dockee + 3/4 Ca2+ = Activation de prot. sensors de Ca2+ Synaptotagmine Détachement de v-SNARE et t-SNARE Fusion vesiculaire et liberation de NT

Cellular and Melecular NEUROBIOLOGY SECOND EDITION C.Hammond